(57)【要約】【課題】  積層構造のノズル板にあっては各層のノズルを形成する穴部が同じ直径に形成されているために流体抵抗が高くなって圧力損失が大きく、吐出効率の低下を引き起こしている。【解決手段】  ノズル板１０は、液滴を吐出するノズル９を構成する穴部１１ａを形成した第１の部材１１の液滴吐出方向と反対方向の面に、第１の部材１１の穴部１１ａに連通する穴部１２ａを形成した第２の部材１２を設け、第２の部材１２は、厚さｔ２、第１の部材１１との積層界面表面におけるノズル直径ｄ２とし、第１の部材１１は、厚さｔ１、吐出面表面のノズル直径ｄ１として、各部材１１、１２における厚みはｔ１＜ｔ２、ノズル直径はｄ１＜ｄ２の関係にし、かつ、第１の部材１１の穴部１１ａと第２の部材１２の穴部１２ａとは同心としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、液滴を吐出するノズルを構成する穴部を形成した第１の部材の液滴吐出方向と反対方向の面に、前記第１の部材の穴部に連通する穴部を形成した第２の部材を設けた液体吐出ヘッド用ノズル板において、前記第１の部材と第２の部材の界面における前記第２の部材の穴部の直径が、第１の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく、かつ、第１の部材の穴部の中心と第２の部材の穴部の中心とが同心に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出ヘッド用ノズル板において、前記第１の部材の厚さが前記第二の部材の厚さよりも薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド用ノズル板において、前記第１の部材は前記第２の部材をエッチングするときのエッチャントに対してエッチングレートが相対的に小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用ノズル板において、前記第１の部材は無機材であって、前記第２の部材は有機樹脂であることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用ノズル板において、前記第１の部材の吐出側表面は撥水性を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用ノズル板を製造する製造方法であって、前記第１の部材にエッチング穿孔して穴部を形成する工程と、前記第１の部材をエッチングマスクとして第２の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法において、前記第１の部材及び第２の部材に対するエッチングはドライエッチング法で行うことを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法。
【請求項８】
記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用ノズル板を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】
記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えて画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項８に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド用ノズル板、液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」と称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語である。）を行うものである。
【０００３】
このような画像形成装置における高速記録を図るために使用する液体吐出ヘッドの長尺化ないしはライン化を行なう場合、ヘッド内でのノズル穴径のバラツキを低減することが課題の一つとなっている。また、ヘッドのサイズが大きくなるに伴ってノズル板の製造上のコストも増加する一方である。そこで、フォトリソとエッチング法により同時に多数のノズル穴を一度に穿孔してノズル板を作製するために、次のような技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載されているように、ポリイミド上にＮｉを積層した積層構造のノズル板であって、ノズル板の形成プロセスは、ＮｉをハードマスクとしてポリイミドにＥＣＲ方式で励起した酸素プラズマによるドライエッチングでノズル穴を穿孔加工したノズル板がある。
【特許文献１】特開２００４−９７４５号公報
【０００５】
特許文献２に記載されているように、ポリイミド板にＡｌ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属を積層した後、これをパターニングし、このパターニングした金属膜をマスクにしてポリイミド板をヘリコン波による酸素プラズマでドライエッチングを行ってノズル穴を形成したノズル板がある。
【特許文献２】特開２０００−２１８７９８号公報
【０００６】
特許文献３に記載されているように、金属や酸化Ｓｉ膜等の無機膜をハードマスクとしてプラスティックフィルムにドライエッチングを行ってノズル穴を穿孔し、このとき、エッチング条件を制御することでエッチングマスクの穴直径よりプラスティックフィルムの穴径を小さく穿孔しテーパー形状のノズル穴を形成したノズル板がある。
【特許文献３】特開平６−２３８９０３号公報
【０００７】
特許文献４に記載されているように、予め大きさの異なる穴径の加工したノズルプレートとノズル補強板を高分子フィルム状接着剤により接着して一体化したノズル板がある。
【特許文献４】特開平１０−６７１０２号公報
【０００８】
特許文献５に記載されているように、積層構成のノズル板であってノズル穴径のバラツキと液吐出特性をのバラツキを改善するために、剛性基板のノズル連通穴径Ｄと樹脂フィルムのノズル穴径ｄとの関係Ｄ／ｄが１．３〜８の値を取るようにした積層構成のノズル板がある。
【特許文献５】特開２００２−２４０２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載のノズル板にあっては、Ｎｉハードマスクの開口径と等しくポリイミドが穿孔加工されている。つまり、Ｎｉハードマスク部材のノズル直径とポリイミド部材のノズル直径が等しく形成されるので、流体抵抗が高くなり圧力損失も大きいものとなり、その結果、噴射電圧の増加や吐出効率の低下を引き起こすという課題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載のノズル板にあっても、パターニングした金属膜と等しい穴直径でポリイミドが穿孔加工されるので、流体抵抗が高くなり圧力損失も大きいものとなり、その結果、噴射電圧の増加や吐出効率の低下を引き起こすという課題がある。
【００１１】
さらに、特許文献３に記載のノズル板にあっては、ノズル板を作製したのちに液室基板とアライメント接合しなければならないため、アライメント工程が別途必要であり工程が複雑となるという課題がある。
【００１２】
また、特許文献４に記載のノズル板にあっては、各構成部材をアライメントし接着接合しているため、工程が複雑になるばかりでなくノズルプレートとノズル補強板のアライメントずれによるインク吐出特性の劣化を引き起こすという課題がある。
【００１３】
さらに、特許文献５に記載のノズル板にあっては、剛性基板のノズル連通穴と樹脂フィルムのノズル穴を別々に穿孔するために、各々の穴の中心が異なって形成されることがあり、滴吐出方向がノズルによってばらついて画質が低下するという課題がある。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、滴吐出効率を向上するとともに滴吐出方向のバラツキを低減した液体吐出ヘッド用ノズル板、同ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板は、液滴を吐出するノズルを構成する穴部を形成した第１の部材の液滴吐出方向と反対方向の面に、前記第１の部材の穴部に連通する穴部を形成した第２の部材を設けた液体吐出ヘッド用ノズル板において、第１の部材と第２の部材の界面における第２の部材の穴部の直径が、第１の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく、かつ、第１の部材の穴部の中心と第２の部材の穴部の中心とが同心に形成されている構成とした。
【００１６】
ここで、第１の部材の厚さが第２の部材の厚さよりも薄いことが好ましい。また、第１の部材は第２の部材をエッチングするときのエッチャントに対してエッチングレートが相対的に小さいことが好ましい。さらに、第１の部材は無機材であって、第２の部材は有機樹脂であることが好ましい。また、第１の部材の吐出側表面は撥水性を有していることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を製造する製造方法であって、第１の部材にエッチング穿孔して穴部を形成する工程と、第１の部材をエッチングマスクとして第２の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有する構成とした。
【００１８】
ここで、第１の部材及び第２の部材に対するエッチングはドライエッチング法で行うことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を備えているものである。
【００２０】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板は、第１の部材と第２の部材の界面における第２の部材の穴部の直径が、第１の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく構成されているので、圧力損失が小さくなって滴吐出効率が向上し、第１の部材の穴部の中心と第２の部材の穴部の中心とが同心に形成されているので、滴吐出方向のバラツキを低減することができる。
【００２２】
本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法は、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を製造する製造方法であって、第１の部材にエッチング穿孔して穴部を形成する工程と、第１の部材をエッチングマスクとして第２の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有するので、１つの工程でノズルを穿孔することができて、滴吐出効率が向上するとともに滴吐出方向のバラツキが低減する長尺ヘッド用のノズル板を精度良く、低コストで製造することができる。
【００２３】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板を備えているので、滴吐出効率が向上するとともに滴吐出方向のバラツキを低減することができる。
【００２４】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、支持体である樹脂等のフレーム支持体１上にＰＺＴ等の積層型圧電素子２を配置している。この積層型圧電素子２は滴吐出の駆動電圧を印加することによって伸縮変位を生じる。また、フレーム支持体１上には積層型圧電素子２と交互に同じく積層型圧電素子で構成した支柱部３を配置している。この支柱部３には駆動電圧が印加されないので単なる支柱として機能する。
【００２６】
これらの圧電素子２及び支柱部３上には有機樹脂や金属又はこれらの組合せなどで構成した振動板４を配置し、振動板４上には液室６及び液室間の隔壁７並びに図示しない共通液室などを形成するための剛性の高いステンレスやシリコン等からなる流路部材８を設けて、この流路部材８上に液滴を吐出するノズル９を形成した積層構造の本発明に係るノズル板１０を設けている。
【００２７】
このノズル板１０は、液滴を吐出するノズル９を構成する穴部１１ａを形成した第１の部材１１の液滴吐出方向と反対方向の面に、第１の部材１１の穴部１１ａに連通する穴部１２ａを形成した第２の部材１２を設けてなる。つまり、流路部材８上に、ノズル９を構成する穴部１２ａを形成した第２の部材１２及び同じく穴部１１ａを形成した第１の部材を積層してなる。第２の部材１２は、厚さｔ２、第１の部材１１との積層界面表面におけるノズル直径（穴部１２ａの直径）ｄ２としている。また、第１の部材１１は、厚さｔ１、吐出面表面のノズル直径（穴部１１ａの直径）ｄ１としている。なお、各部材１１、１２における厚みはｔ１＜ｔ２、ノズル直径はｄ１＜ｄ２の関係にある。
【００２８】
ここでは、第２の部材１２は、厚さｔ２が１０μｍ〜１００μｍ、好ましくは２０μｍ〜５０μｍのポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等の有機樹脂フィルムで形成し、第１の部材１１は、厚さｔ１が０．０１μｍ〜１０μｍ、好ましくは、０．０５μｍ〜１μｍの酸化シリコン膜、金属膜等の第２の部材１２の穴部１２ａをエッチング穿孔するときに選択性を有する材料で形成している。
【００２９】
また、第１の部材１１に形成した穴部１１ａのノズル直径ｄ１は５μｍ〜６０μｍ、好ましくは、１０〜３０μｍであって、第２の部材１２に形成した穴部１２ａのノズル直径ｄ２は第１の部材１１に形成した穴部１１ａのノズル直径ｄ１よりも大きければ良い。この場合、ノズル直径ｄ１とｄ２との差は、１０μｍ以下であることが好ましい。それ以上の差になると、第１の部材１１に形成したノズル端部が庇状になるため、液吐出時に、この部分が破損し易くなり、噴射特性へ悪影響を与えるおそれがある。
【００３０】
さらに、第１の部材１１に形成した穴部１１ａの中心は第２の部材１２に形成した穴部１２ａの中心と一致するように各々同心円状になるように形成している。第１、第２の部材１１、１２の穴部１１ａ、１２ａを同心に形成することで、滴吐出方向のバラツキを低減することができる。
【００３１】
なお、ノズル板１０の吐出側表面には、滴吐出特性をより安定させるためにオプツール（商品名）等のフッ素系撥水成膜やシリコーン（商品名）等のメチル基を有する撥水材料等、吐出する液に対して撥水性を有する撥水層１３を形成している。
【００３２】
以上のように構成した液体吐出ヘッドの動作ついて説明する。例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて複数の圧電素子２に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子２が変位して振動板４をノズル板１０方向に変形させ、液室６の容積（体積）変化によって液室６内の液体を加圧することで、ノズル板１０のノズル９から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室６内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板４が元の位置に戻って液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、図示しない液タンクに通じる液供給パイプから入った液は、液室６内に充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル９から吐出される。
【００３３】
このように、この液体吐出ヘッドにおいては、第１の部材と第２の部材の界面における第２の部材の穴部の直径が、第１の部材の穴部の吐出面側の直径よりも大きく、かつ、第１の部材の穴部の中心と第２の部材の穴部の中心とが同心に形成されているので、ノズル板の厚みが等しい従来のノズル板構成と比較してノズル板を液体が通過するときのノズル板全体の流体抵抗は相対的に小さくなる。結果として圧力損失が少なくなって効率的な滴吐出が可能となるとともに、液吐出方向をバラツキが低減する。これにより、また、液体吐出ヘッドをライン型ヘッドとする場合でも均一性の良い滴吐出を行なうことができるようになる。
【００３４】
ここで、第1の部材の厚さを第２の部材の厚さよりも薄くすることにより、ノズル板の厚みが等しい従来のノズル板構成と比較すると、液滴吐出時のノズル板の流体抵抗が更に小さくなって、圧力損失が更に少なくなり、より効率的な液吐出が可能となるばかりでなく、第１の部材の厚みが第２の部材の厚みよりも薄いことで、第１の部材のエッチング時間が短時間で済み、寸法精度が向上する。
【００３５】
また、第１の部材は第２の部材をエッチングするときのエッチャントに対してエッチングレートが相対的に小さい材料で形成することによって、第２の部材をエッチング穿孔加工するときに第１の部材をエッチングマスクとして用いることでき、新たにエッチングマスクを準備する必要が無く工程が簡略化できるとともに、第２の部材に対する穿孔加工の精度を上げることができる。
【００３６】
さらに、第１の部材は無機材で、第２の部材は有機樹脂で形成することにより、第２の部材である有機樹脂をエッチング穿孔するときに高いエッチング選択性が得られ、高精度にノズルを穿孔することができる。
【００３７】
また、第１の部材の吐出面側表面に撥水層を形成することによって、表面張力によりノズルに安定したメニスカス面が形成されるので安定した滴吐出特性が得られる。
【００３８】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッド用ノズル板の製造方法を含む液体吐出ヘッドの製造工程について図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、液室や液流路を形成するＳＵＳやシリコン等の流路部材８を準備し、同図（ｂ）に示すように、通常のフォトリソとエッチング法により液室６や図示しない流路を形成する。
【００３９】
その後、同図（ｃ）に示すように、流路部材８の表面に、第２部材１２としてポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等の有機樹脂フィルム１２Ａをラミネート接着し、更に、同図（ｄ）に示すように、第２の部材である有機樹脂フィルム１２Ａ上にスパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法などにより酸化シリコン膜やアルミニウムやニッケル等の金属膜等の有機樹脂フィルム１２Ａをエッチングするときに選択性を有する材料である第１の部材１１Ａを形成する。このとき、第１の部材１１Ａはエッチング選択性のある材料であれば何れでも用いることができる。
【００４０】
そして、同図（ｅ）に示すように、ポジ型或いはネガ型の感光性レジスト１５をスピンコート、ロールコート等の方法で第１の部材１１Ａに形成する。
【００４１】
その後、図３（ａ）に示すように、通常のフォトリソによりノズル穴パターンをレジスト１５にパターニングし、このレジストパターン１５Ａをマスクとして第１の部材１１Ａに穴部１１ａをエッチング加工する。このエッチング加工は、寸法精度を確保するために、ＲＩＥ，ＩＣＰ，ＮＬＤ，ＥＣＲ、ヘリコン等のプラズマ励起方式による反応性イオンを用いた異方性を有するドライエッチング法を用いることが好ましい。
【００４２】
次いで、同図（ｂ）に示すように、上記レジストパターン１５Ａと第１の部材１１Ａに形成した穴部１１ａをマスクとして第２の部材１２Ａをエッチング加工して穴部１２ａを穿孔する。このときも、エッチング加工は、寸法精度を確保するために、ＲＩＥ，ＩＣＰ，ＮＬＤ，ＥＣＲ、ヘリコン等のプラズマ励起方式による反応性イオンを用いたドライエッチング法を用いることが好ましい。
【００４３】
このとき、第２の部材１２Ａに形成する穴部１２ａの第１の部材１１Ａとの界面側の直径ｄ２が第１の部材１１Ａの穴部１１ａの直径ｄ１によりも大きくなるように穿孔し、第１の部材１１Ａの穴部１１ａの中心と第２の部材１２Ａに形成した穴部１２ａの中心とが一致するように各々同心円状になるように形成する。通常のドライエッチングは反応性イオンの散乱等によってサイドエッチングが発生しマスク寸法よりも大きくなる寸法シフトが発生するのが通常であるので、ここでは、この条件をそのまま用いても良いし、あるいは、積極的にエッチング条件を調整し寸法シフトを大きくして、直径ｄ１とｄ２の差を大きくするように制御してもよい。このように、必要に応じて適宜直径ｄ１とｄ２の差を制御することができるので、ドライエッチングによる穿孔が特に好ましい。
【００４４】
次いで、同図（ｃ）に示すように、第１の部材１１Ａの表面に液滴吐出特性をより安定させるためにオプツール（商品名）等のフッ素系撥水膜やシリコーン（商品名）等のメチル基を有する撥水材料等、吐出する液に対して撥水性を有する撥水層１３を形成する。更に、同図（ｄ）に示すように、別途作製した振動板４と圧電素子２及び支柱部３並びにフレーム支持体１を含むアクチュエータ部Ａと上記工程までに作製したノズル板１０付き流路部材８とをアライメント接着して本発明に係る液体吐出ヘッドを完成する。
【００４５】
このように、第１の部材をエッチングマスクにてエッチング穿孔する工程と、エッチングマスクと第１の部材をエッチングマスクとして第１の部材をエッチングにより穿孔して穴部を形成する工程を有することにより、一つの工程でノズル穴を穿孔することが可能となって、多数のノズルを有するライン型ヘッドのようなサイズが大きい長尺ヘッドのノズル板を容易に精度良く安価に製造することができる。
【００４６】
この場合、第１の部材と第２の部材の穿孔方法はドライエッチング法を用いることによって、寸法精度の良いノズル穿孔加工が可能となるばかりでなく、必要に応じて適宜第１、第２の部材の穴部の直径差を制御することができる。
【００４７】
次に、具体的な第１実施例について図４を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ＡＢＳ樹脂のフレーム３０１に固定されたＰＺＴの圧電素子３０２と支柱部３０３とニッケルからなる振動板３０４で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ２００μｍのＳＵＳ板に液室４０６と液室隔壁４０７を形成したＳＵＳ流路板３０８を設け、更に、厚さｔ１＝０．２μｍの酸化シリコン膜３１１が厚さｔ２＝３０μｍのポリイミドフィルム３１２上に形成された積層ノズル板３１０をＳＵＳ流路板３０８上に設けている。
【００４８】
ここで、ノズル３０９を構成する、酸化シリコン膜３１１に形成した穴部３１１ａの直径（ノズル穴直径）ｄ１は２６μｍであり、ポリイミドフィルム３１２に形成した穴部３１２ａの直径（ノズル穴直径）ｄ２は２７μｍである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径ｄ１とｄ２を制御した。
【００４９】
このような、液体吐出ヘッドにおいて圧電素子３０２に駆動電圧パルスを印加して滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの液吐出特性と比較したところ、従来の液吐出ヘッドより噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
【００５０】
次に、具体的な第２実施例について図５を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ＡＢＳ樹脂のフレーム４０１に固定されたＰＺＴの圧電素子４０２と支柱部４０３とニッケルからなる振動板４０４で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ２００μｍのＳＵＳ板に液室４０６と液室隔壁４０７を形成したＳＵＳ流路板４０８を設けている。そして、厚さｔ１＝０．２μｍの酸化シリコン膜４１１が厚さｔ２＝３０μｍのポリイミドフィルム４１２上に形成された積層ノズル板４１０をＳＵＳ流路板４０８上に設けている。
【００５１】
このとき、ノズル４０９を構成する、酸化シリコン膜４１１に形成した穴部４１１ａの直径（ノズル穴直径）ｄ１は２６μｍであり、ポリイミドフィルム４１２に形成した穴部４１２ａの直径（ノズル穴直径）ｄ２は２７μｍである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径ｄ１とｄ２を制御した。
【００５２】
さらに、ノズル板４１０を構成している酸化シリコン４１１上にはフッ素系撥水膜としてオプツール（商品名）４１３を５００Å厚みで形成している。
【００５３】
この液体吐出ヘッドにおいて圧電素子４０２に駆動電圧パルスを印加し滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。また、ノズル板４１０を構成している酸化シリコン４１１上にはフッ素系撥水膜が形成されていることにより、より安定した液滴の吐出が可能であることが分かる。
【００５４】
次に、具体的な第３実施例について図６を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、ＡＢＳ樹脂のフレーム５０１に固定されたＰＺＴの圧電素子５０２と支柱部５０３とニッケルからなる振動板５０４で構成されたアクチュエータ部上に、厚さ４００μｍのシリコンウエハに液室５０６と液室隔壁５０７を形成したシリコン流路板５０８を設けている。そして、厚さｔ１＝０．５μｍのＡｌ膜５１１が厚さｔ２＝５０μｍのＰＥＴフィルム５１２上に形成された積層ノズル板５１０をシリコン流路板５０８上に設けている。
【００５５】
このとき、ノズル５０９を構成する、Ａｌ膜５１１に形成した穴部５１１ａの直径（ノズル穴直径）ｄ１は２６μｍであり、ＰＥＴフィルム５１２に形成した穴部５１２ａの直径（ノズル穴直径）ｄ２は３０μｍである。各々の穿孔はヘリコン波により励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径ｄ１とｄ２を制御した。
【００５６】
さらに、ノズル板５１０を構成しているＡｌ膜５１１上にはメチル基系の撥水膜としてシリコーン（商品名）５１３を１μｍ厚みで形成している。
【００５７】
この液体吐出ヘッドにおいて圧電素子５０２に駆動電圧パルスを印加し滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、ノズル板５１０全体の流体抵抗が第１実施例、第２実施例よりも低下しているために噴射電圧が更に低下していることが確認できた。このことからより圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
【００５８】
次に、具体的な第４実施例について図７を参照して説明する。なお、同図は同実施例の断面説明図である。
ここでは、シリコン基板６０１上に電気熱変換素子６０２を設け、このシリコン基板６０１上には電気熱変換素子６０２が臨む感光性ポリイミド樹脂の１つであるＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）をパターニングして液室５０６及び液室隔壁５０７を形成した流路板６０８を設けている。そして、厚さｔ１＝０．５μｍのＡｌ膜６１１が厚さｔ２＝２０μｍのポリイミドフィルム６１２上に形成された積層ノズル板６１０を流路板６０８上に設けている。
【００５９】
このとき、ノズル６０９を構成する、Ａｌ膜６１１に形成した穴部６１１ａの直径（ノズル穴直径）ｄ１は２０μｍであり、ポリイミドフィルム６１２に形成した穴部６１２ａの直径（ノズル穴直径）ｄ２は２４μｍである。各々の穿孔はＩＣＰにより励起された酸素プラズマによるドライエッチングで行い各々のノズル穴直径ｄ１とｄ２を制御した。
【００６０】
さらに、ノズル板６１０を構成しているＡｌ膜６１１上には、このＡｌ膜６１１を電極としてＮｉ−ＰＴＦＥの撥水膜６１３を１μｍ厚みで形成している。
【００６１】
この液体吐出ヘッドにおいては電気熱変換素子６０２に駆動電圧パルスを印加することで液室６０６内の液体に対して膜沸騰による吐出エネルギーが与えられてノズル６０９から液滴が吐出される。そこで、電気熱変換素子６０２に駆動電圧パルスを印加して滴吐出特性の評価を行った。比較として積層ノズル板に形成された材料間でノズル直径が等しい従来の液体吐出ヘッドの滴吐出特性と比較したところ、噴射電圧が低下していることが確認できた。このことから圧力損失の少ない高効率の液吐出が可能であることが分かる。
【００６２】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた本発明に係る画像形成装置の一例について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図９は同装置の要部平面説明図である。
【００６３】
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して図８で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。
【００６４】
このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
【００６５】
記録ヘッド１０７を構成する液体吐出ヘッドとしては、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて記録液の膜沸騰を利用するいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータなどを使用できる。
【００６６】
キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
【００６７】
一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。
【００６８】
そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。
【００６９】
ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図９のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。
【００７０】
また、図９に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。
【００７１】
帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００７２】
また、キャリッジ１０３の前方側には、図８に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。
【００７３】
さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。
【００７４】
また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。
【００７５】
さらに、図９に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。
【００７６】
この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。
【００７７】
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００７８】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。
【００７９】
そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ５４に排紙する。
【００８０】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する
【００８１】
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。
【００８２】
なお、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面説明図である。
【図２】同液体吐出ヘッドの製造方法を説明する断面説明図である。
【図３】同じく図２に続く工程を説明する断面説明図である。
【図４】本発明に係る液体吐出ヘッドの具体的な第１実施例を示す断面説明図である。
【図５】本発明に係る液体吐出ヘッドの具体的な第２実施例を示す断面説明図である。
【図６】本発明に係る液体吐出ヘッドの具体的な第３実施例を示す断面説明図である。
【図７】本発明に係る液体吐出ヘッドの具体的な第４実施例を示す断面説明図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図９】同じく要部平面説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…フレーム
２…圧電素子
４…振動板
６…液室
８…流路部材
９…ノズル
１０…ノズル板
１１…第１の部材
１２…第２の部材
１３…撥水層
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006218673.tif 000006
【図５】
2006218673.tif 000007
【図６】
2006218673.tif 000008
【図７】
2006218673.tif 000009
【図８】
2006218673.tif 000010
【図９】
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